雷诺尔RNB1000变频器在数控雕刻机上的应用
一、引言
目前，雕刻机逐渐成为各行业生产的必备专业工具，随着CNC数控技术配合高性能的变频控制器和伺服驱动设备在各生产行业的发展应用，数控雕刻机日益成为当今雕刻行业的主流配置。数控雕刻机床的主传动系统大多采用无极变速。无机变速系统主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种，由于变频器的高性价比，所以变频器在机床上使用非常普遍。主轴系统是数控雕刻机的重要组成部件，其性能对数控雕刻机整机的性能有着至关重要的影响。变频器作为主轴系统中的心脏，更是不可或缺的关键部件。本文介绍雷诺尔RNB1000系列变频器在数控雕刻机主轴拖动系统上的应用。
二、数控雕刻机电控原理介绍
2.1 数控雕刻机电控系统组成
数控雕刻机电控系统主要由CNC数控系统、主轴定位系统、主轴旋转系统三部分组成。各部分功能如下：
CNC数控系统：通过计算机内配置的专用雕刻软件进行图样设计和排版，经由计算机把设计与排版的信息传送至雕刻机控制器中，再由控制器把这些信息转化成能驱动步进电机或伺服电机的脉冲信号，定位系统通过接受脉冲信号完成定位的方式完成设计和排版图样模型。
伺服定位系统：三维空间内使用彼此相互垂直的三轴即可完成三轴定位，因此三套伺服定位系统分别接受来自CNC数控系统的脉冲信号，进行X、Y、Z三轴的雕刻走刀定位，即可完成三维空间内的任意图样模型。
主轴加工系统：伺服定位系统完成了图样模型定样，在对应的定样位置需要完成相应的雕刻工作才能完成CNC数控系统排版的雕刻物品。因此要求主轴高速旋转已完成雕刻工作。不同的雕刻材质、差异化的雕刻精度同时要求旋转系统要有灵活的调速功能。
2.2 数控雕刻机电控样图
数控雕刻机电控样图
三、雕刻机主轴加工系统对变频器的控制要求
3.1 系统对变频器的性能要求
（1）调速范围宽，运行转速一般在0~24000r/min。
（2）全速度范围内速度波动小；
（3）低速力矩大，可以保证低转速切削；
（4）加减速的时间尽量短。
3.2 系统对变频器的功能要求
（1）控制方式选择为V/F控制以适应调速范围宽弱磁性能好驱动稳定性佳的控制要求；
（2）端子控制启停，实现远程启停和正反转切换；
（3）模拟量设定运行频率，可接受0～10VDC电压输出；
（4）调速范围在0~24000r/min，换算变频器的运行频率为0～400Hz（二级高速电机）；
（5）加速和减速时间短，一般在3~5s，因运行的转速比较高，所以需要带制动单元的变频器；
（6）需要故障输出信号以保证主轴故障时系统及时作出保护；需要故障复位信号以保证故障解除时可远程复位再启动。
四、雷诺尔RNB1000变频解决方案
4.1 控制方案
图1 数控雕刻机主轴系统接线图
4.2 方案说明
变频器的启停方式为端子启停，即通过CNC数控系统数字量输入端子给变频器DI1/DI2命令实现主轴电机的正反转启停及正反转切换。考虑到系统紧急故障时可能需要快速刹车以避免机械损坏，通过DI3为端子实现急停功能。变频器故障信号通过可编程继电器端子输出，在变频器故障时系统接收故障信号以避免误动作导致的机械损害。故障清除后可通过复位端子解除故障锁定。系统调速方式为数控系统数模转换，变频器接收数控系统给出的0~10V电压信号做频率信号给定，自动调整雕刻速度。
由于数控雕刻机需要急起急停，此过程会产生较大的能量回馈，因此需要加装制动电阻。RNB1000系列变频器45kw以下内置制动单元，制动电阻可直接接入。
4.3 具体工况
电机 | 额定电压 | 额定电流 | 额定转速 | 额定频率 | 额定功率 |
主轴电机 | 380V | 12.3A | 24000rpm | 400HZ | 5.5KW |
4.4 参数设置
功能码 | 设定值 | 功能描述 | 备注 |
F00.00 | 0 | 控制模式选择 | VF控制模式 |
F00.01 | 1 | 起停控制模式 | 端子起停模式 |
F00.02 | 2 | 频率给定模式 | 模拟量AI1给定频率 |
F00.06 | 400 | 最大频率 | |
F00.07 | 400 | 运行频率的上限 | |
F00.14 | 5S | 加速时间 | 可适当调整 |
F00.15 | 5S | 减速时间 | 可适当调整 |
F01.02 | —— | 额定功率 | 一定要按照电机铭牌进行设置以保证自学习出来的参数正确。 |
F01.03 | —— | 额定频率 |
F01.04 | —— | 额定转速 |
F01.05 | —— | 额定电压 |
F01.06 | —— | 额定电流 |
F06.01 | 1 | 正转启动 | |
F06.02 | 2 | 反转启动 | |
F06.03 | 6 | 紧急停车 | |
F06.04 | 7 | 故障复位 | |
F07.03 | 2 | 故障输出 | |
| | | | |
4.5 RNB1000系列变频器技术说明
上海雷诺尔科技股份有限公司RNB1000变频器以DSP控制系统为平台，采用国内技术先进的无PG矢量控制技术，并配合多种保护方式，可应用于异步电机，提供优异的驱动性能。产品在风道设计，硬件配置，软件功能方面都极大的提升了客户易用性及环境适应性。
技术特点：
◆准确的电机参数自学习：准确的旋转或静止的电机参数自学习，调试方便，操作简单，提供更高的控制精度和响应速度
◆矢量化的V/F控制：自动定子压降补偿和转差补偿，保证VF控制模式下也可有优异的低频大转矩和转矩动态响应
◆软件限流限压功能：良好的电压、电流限制，有效进行关键控制参数限幅以降低变频器的故障风险
◆多种制动模式：提供多种制动方式，保证系统停机稳准快
◆环境适应性强：较高的整机过温点，独立的风道设计，加厚三防漆处理，更适合在机床行业金属粉末多，油污重的场合
◆转速追踪再起动功能：实现对旋转中的电机的无冲击平滑起动
◆自动电压调整功能：当电网电压变化时，能自动保持输出电压恒
◆全面的故障保护：过流、过压、欠压、过温、缺相、过载等保护功能
五、结束语
数控雕刻机主轴驱动部分看似简单，实际控制却因高频转速高、低频出力大、使用环境恶劣等要求对变频器的性能和稳定性有着严苛的考验。RNB1000系列变频器是上海雷诺尔科技股份有限公司新开发的高性能开环矢量变频器，其卓越的性能和丰富的功能使其在数控雕刻机上得到了非常好的应用。
